CN104834096B - 包含聚合物致稳的球状相液晶的3d眼镜 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种3D眼镜，包括镜架、镜片、电池、同步信号接收器以及驱动和控制电路，镜片包括：上基板；下基板；以及聚合物致稳的存在球状相的液晶材料，聚合物致稳的存在球状相的液晶材料包括1～15%的聚合物单体材料和99～85%的不可聚合的液晶材料，聚合物单体材料选自由可聚合液晶单体、无液晶性聚合物单体及其组合组成的组。聚合物致稳的存在球状相的液晶材料通过常温混合聚合物单体材料与不可聚合的液晶材料，在聚合物致稳的存在球状相的液晶材料球状相温度区间内固化聚合物单体材料得到。本发明的3D眼镜无需偏光片和配向层，施加电压实现镜片在散射态与透明态间的切换，具有低驱动电压、快速响应、高透光性、宽视角的显示特性。
Description
技术领域
本发明涉及一种3D眼镜，尤其涉及一种包含聚合物致稳的球状相液晶的3D眼镜。
背景技术
随着科学技术的不断发展，人们开始享受视觉效果更逼真和震撼的3D世界，并不断要求更高品质的观影效果。人的左右眼看除正前方以外的任何一样东西，两眼的角度都不会相同。虽然差距很小，但经视网膜传到大脑里，大脑就用这微小的差距，产生远近的深度，从而产生立体感。3D技术就是利用这一原理，让左右眼各自接受特定的两幅画面，这两幅图像经过大脑叠合后，就能看到具有立体纵深感的画面。
为了让人眼接收到特定的画面，需要借助辅助设备控制人眼感知左眼或右眼的画面，这就是3D眼镜的作用。目前，3D眼镜采用的技术有偏光式和快门式两种。其中，主动快门式技术的原理是根据人眼对影像频率的快速刷新率（至少要达到120Hz)，左眼和右眼各60Hz的快速刷新图像才会让人对图像不会产生抖动感，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。主动（快门）式3D眼镜大都采用液晶控制开合，主要通过液晶分子的运动控制左眼或右眼感知画面。
目前3D光阀眼镜使用TN，STN或OCB型显示模式，其共同点在于，需使用偏光片。图1示出普通光阀眼镜100，包括镜片111，112，镜架120，镜架120上设置电池131，132，同步信号接收器140，以及驱动和控制电路150。图2为普通光阀眼镜100的镜片111和112结构的示意图，包括偏光片1111和1112，上基板1021，下基板1022，ITO电极1031和1032，配向层1041和1042，以及TN液晶1050。这种光阀眼镜白态透过率在45%以下，使观看到的画面亮度明显下降；且透过率和对比度随视角有明显变化，使非正对时，观看效果下降。
因此，亟需一种新型的液晶控制开光的3D眼镜，不使用偏光片，光阀眼镜的白态透过率可以达到70%以上，且不受视角影响，可以显著提高3D光阀眼镜性能。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供的3D眼镜，使用聚合物致稳的球状相液晶，所述聚合物致稳的球状相液晶材料是于常温下将聚合物单体与液晶材料混合均匀，在球状相的温度区间内使所述聚合物单体固化，通过施加电压，可以实现在散射态与透明态间的切换；所述3D眼镜不使用偏光片，光阀眼镜的白态透过率可以达到70%以上，且不受视角影响，可以显著提高3D光阀眼镜性能。此外，本发明提出3D眼镜的显示效果不随盒厚明显变化，对盒厚不敏感且制作工艺简单，成本较低，适合大规模生产。
本发明的目的是提供一种3D眼镜，包括镜片和镜架。通过对镜片施加电压，实现光调制器件在散射态与透明态间的切换，具有快速响应、透光性高、广视角的显示效果。
本发明的一个方面提供一种3D眼镜，包括镜架、镜片、电池、同步信号接收器以及驱动和控制电路，所述镜片包括：上基板；下基板；以及夹在所述上基板和所述下基板之间的聚合物致稳的存在球状相的液晶材料，其特征在于，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料包括百分含量在1～15%范围内的聚合物单体材料，以及百分含量在99～85%范围内的不可聚合的液晶材料，所述聚合物单体材料选自由可聚合液晶单体、无液晶性聚合物单体及其组合组成的组，并且所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料是通过常温下将所述聚合物单体材料与所述不可聚合的液晶材料混合均匀，在聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的球状相的温度区间内使所述聚合物单体材料固化而得到的。
在一些实施方案中，所述聚合物单体材料含有百分含量大于50%（重量）的具有双可聚合官能团和/或多可聚合官能团的聚合物单体。
在一些实施方案中，所述不可聚合的液晶材料包括含有氰取代基和/或氟取代基的，且介电各向异性大于40的液晶单体。
在一些实施方案中，所述不可聚合的液晶材料包括通式I的化合物：
其中，
R1表示碳原子数为1-8的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
R2表示氟基，氰基，或卤素；
M选自0～2的整数；
Z选自由碳碳单键和-CO-O-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF=CF-、-CH=CH-、-CH=CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-C4F8-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCF2CF2CF2-、-CH2CF2OCH2-、-CH=CHCF2O-、-CF2OCH=CH-、-CF2OCF=CH-、-CF2OCH=CF-、-CF=CFCF2O-、-CH=CFCF2O-、-CF2OCF=CF-、-CH=CHCH2CH2-、-C2H4OCH2-、-CH2CH=CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF=CF-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF=CF-C≡C-、-CF=CF-C≡C-CF=CF-、-C≡C-CF2O-、CC组成的组；
环和环相同或不同，各自独立地是选自由
其中，
环A1、A2、A3、和A4代表的环状结构还可以符合以下a）、b）、c）和d）中的至少一个：
a）所述环状结构中的一个或多个氢原子可以被-D、-F、-Cl、-CN、-CF3、-OCF3、-CH2F、-OCH2F、-CF2H、-OCF2H、-OCH3或-CH3替代；
b）所述环状结构中一个或多个-CH2-被-O-、-SiH2-、-S-或-CO-替代，其前提是杂原子不直接彼此连接；
c）在所述环状结构中，芳环结构中的一个或多个-CH-可以被N替代；
d）所述环状结构中一个或多个可以被替代。
在一些实施方案中，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料还包括手性剂。
在一些实施方案中，所述手性剂是HTP值大于50的手性剂。
在一些实施方案中，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料还可以包含添加剂，所述添加剂包含光引发剂。
在一些实施方案中，所述球状相的温度区间在从所述不可聚合的液晶材料的清亮点温度至蓝相温度之间。
在一些实施方案中，在所述球状相的温度区间内在偏光显微镜下看不见所述液晶材料的织构。
在一些实施方案中，所述固化是UV固化。
在一些实施方案中，所述上基板、下基板均为刚性基板；或者所述上基板、下基板均为柔性基板；或者所述上基板、下基板中的一个为刚性基板，另一个为柔性基板。
在一些实施方案中，所述刚性基板为玻璃基板。
在一些实施方案中，所述柔性基板为塑料基板。
在一些实施方案中，所述上基板和/或所述下基板包含透明导电层。
在一些实施方案中，所述导电层设置在所述上基板、下基板的内表面上。
在一些实施方案中，所述镜架可以是有框镜架或无框镜架。
与现有技术的其他3D眼镜相比，本发明提出的3D眼镜，使用聚合物致稳的球状相液晶，不使用偏光片，无需配向层，所述3D眼镜的白态透过率达到70%以上，且不受视角影响，可以显著提高3D光阀眼镜性能。本发明的3D眼镜通过施加电压实现镜片在散射态与透明态间的切换，具有低驱动电压、快速响应、高透光性、宽视角的显示特性。
附图说明
图1是普通TN光阀眼镜结构示意图；
图2是普通TN光阀眼镜镜片结构示意图；
图3是本发明的球状相光阀眼镜结构示意图；以及
图4是本发明球状相光阀眼镜镜片结构示意图。
具体实施方式
以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围，凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在所述权利要求范围中。
如图3所示，本发明的球状相光阀眼镜结构与普通TN光阀眼镜的基本结构一致，包括镜片211，212和镜架220；镜架220上设置电池231，232、同步信号接收器240、驱动和控制电路250；不同之处在于，本发明中的镜片211，213的结构如图4所示，包括上基板2021，下基板2022，ITO电极2031，2032，以及聚合物致稳的球状相液晶2050。
所述聚合物致稳的球状相液晶材料包括百分含量在1～15%范围内的聚合物单体，以及百分含量在99～85%范围内的液晶材料，所述聚合物单体选自由可聚合液晶单体与常规无液晶性聚合物单体组成的组或其组合，所述液晶材料是小螺距胆甾相液晶材料。
所述聚合物致稳的球状相液晶材料是通过在常温下将所述聚合物单体与所述液晶材料通过加热搅拌至清亮点后常温搅拌一小时混合均匀制备的。制备后的混合材料被置于两片ITO玻璃分别作为上基板和下基板的镜片形状的液晶盒之间，在球状相的温度区间内，采用紫外固化的方法使所述混合材料中的聚合物单体固化，得到所述聚合物致稳的球状相液晶材料。
通过向聚合物致稳的球状相液晶材料施加电压，可以实现在散射态与透明态间的切换，达到快门的功能，由此实现主动快门式3D眼镜的功能。如图2所示，由于本发明的镜片与普通TN光阀眼镜镜片结构相比无需偏光片和配向层，光阀眼镜的白态透过率可以达到70%以上，且不受视角影响，可以显著提高3D光阀眼镜性能。此外，本发明还具有低驱动电压、快速响应、高透光性、宽视角的显示特性
为便于表达，以下各实施例中，聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的配方的基团结构用表1所列的代码表示：
表1液晶化合物的基团结构代码
以如下结构式的化合物为例：
该结构式如用表1所列代码表示，则可表达为：nCCGF，代码中的n表示左端烷基的C原子数，例如n为“3”，即表示该烷基为-C3H7；代码中的C代表环己烷基。
LA表示丙烯酸月桂酯，NVP表示N-乙烯基吡咯烷酮，R5011是默克公司生产的手性剂，RM257表示4-(3-丙烯酰氧基丙氧基)苯甲酸2-甲基-1,4-苯酯；
实施例1：
准备两片眼镜片形状的ITO玻璃分别作为上基板和下基板，做成一个由上基板、下基板构成的间距为5μm，无偏光片无配向层的液晶盒。
聚合物致稳的球状相液晶及光引发剂为江苏和成显示科技股份有限公司生产，型号分别是PSBP006-01（市售）及IE184（市售），其组份代码和重量百分数如表2所示：
表2聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的配方
| 组份代码 | 重量百分数 |
| 3PEGN | 13 |
| 4PEGN | 13 |
| 5PEGN | 13 |
| 5CPEGF | 10 |
| 2CPEGN | 8 |
| 3CPEGN | 8 |
| 4CPEGN | 8 |
| 5PEUN | 7.5 |
| 4CCEGF | 8 |
| R5011 | 3.5 |
| RM257 | 4 |
| NVP | 3.8 |
| IE184 | 0.2 |
| 合计 | 100 |
其中光引发剂的含量占混合物的质量百分数为0.2%。将混合物加热搅拌至清亮后在室温下搅拌均匀，搅拌过程中混合物需避光，或者在黄光下操作。
将混合物利用毛细作用灌入5um无偏光片无配向层的液晶盒中，液晶盒于instec热台，设置热台的加热速率为1℃/min。将液晶盒加热至清亮后缓慢降温（所述清亮点为终熔温度，实验中样品的清亮点为67℃，热台加热设定的温度为70℃），降温设定的温度为低于清亮点2℃。待热台温度稳定后，将液晶盒置于紫外线（UV）灯下固化7min，UV光强为3mw/cm2。固化后取出液晶盒冷却至常温制得液晶显示器件，液晶盒呈现雾态。
经测试，对液晶盒施加30V电压，呈现透明态，撤除电压液晶盒成雾态。雾态与透明态间的转换时间小于2ms。
将此眼镜片形状的液晶盒安装在3D光阀眼镜中。
通过同步信号接收器和控制电路保持眼镜闪烁（雾态与透明态间的转换）与画面更新同步，通过驱动IC向眼镜施加电压，实现光阀眼镜闪烁效果。
实施例2：
本实施例的配方中优选的了大介电的液晶材料，仅需以较低的驱动电压驱动，减小3D眼镜的功耗，延长了更换电池后的使用时间。
准备两片眼镜片形状的ITO玻璃分别作为上基板和下基板，做成一个由上基板、下基板构成的间距为5μm，无偏光片无配向层的液晶盒。
聚合物致稳的球状相液晶及光引发剂为江苏和成显示科技股份有限公司生产，型号分别是PSBP008-01（市售）及IE184（市售），其组份代码和重量百分数如表3所示：
表3聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的配方
| 组份代码 | 重量百分数 |
| 3PEGN | 13 |
| 2PEGN | 13 |
| 5PEGN | 13 |
| 5CPEGF | 8 |
| 2CCEUF | 6 |
| 3CCPGF | 9 |
| 5CCPGF | 9 |
| VCCGF | 9 |
| 3CCV | 7.6 |
| R5011 | 3.4 |
| RM257 | 5 |
| LA | 3.7 |
| IE184 | 0.3 |
| 合计 | 100 |
其中光引发剂的含量占混合物的质量百分数为0.3%。将混合物加热搅拌至清亮后在室温下搅拌均匀，搅拌过程中混合物需避光，或者在黄光下操作。
将混合物利用毛细作用灌入5um无偏光片无配向层的液晶盒中，液晶盒置于instec热台，设置热台的加热速率为1℃/min。将液晶盒加热至清亮后缓慢降温（所述清亮点为终熔温度，实验中样品的清亮点为65℃，热台加热设定的温度为67℃），降温设定的温度为低于清亮点2℃。待热台温度稳定后，将液晶盒置于紫外线（UV）灯下固化7min，UV光强为3mw/cm2。固化后取出液晶盒冷却至常温制得液晶显示器件，液晶盒呈现雾态。
经测试，对液晶盒施加50V电压，呈现透明态，撤除电压液晶盒成雾态。雾态与透明态间的转换时间小于1ms。
将此眼镜片形状的液晶盒安装在3D光阀眼镜中。
通过同步信号接收器和控制电路保持眼镜闪烁（雾态与透明态间的转换）与画面更新同步，通过驱动IC向眼镜施加电压，实现光阀眼镜闪烁效果。
实施例3：
本实施例特别优选的液晶材料，能够提供较快的响应速率，提高了眼镜闪烁（雾态与透明态间的转换）的频率。
准备两片眼镜片形状的ITO玻璃分别作为上基板和下基板，做成一个由上基板、下基板构成的间距为5μm，无偏光片无配向层的液晶盒。
聚合物致稳的球状相液晶及光引发剂为江苏和成显示科技股份有限公司生产，型号分别是PSBP011-09（市售）及IE184（市售），其组份代码和重量百分数如表4所示：
表4聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的配方
| 组分代码 | 重量百分数 |
| 2CPEGN | 9 |
| 3CPEGN | 9 |
| 4CPEGN | 9 |
| 3CPEUN | 13 |
| 3PEUN | 4 |
| 4PEUN | 9 |
| V2PEUN | 9 |
| 3UEUN | 13 |
| 3PUEUN | 13 |
| R5011 | 3.5 |
| RM257 | 4.5 |
| LA | 3.7 |
| IE184 | 0.3 |
| 合计 | 100 |
其中光引发剂的含量占混合物的质量百分数为0.3%。将混合物加热搅拌至清亮后在室温下搅拌均匀，搅拌过程中混合物需避光，或者在黄光下操作。
将混合物利用毛细作用灌入4um无偏光片无配向层的液晶盒中，液晶盒于instec热台，设置热台的加热速率为1℃/min。将液晶盒加热至清亮后缓慢降温（所述清亮点为终熔温度，实验中样品的清亮点为72℃，热台加热设定的温度为75℃），降温设定的温度为低于清亮点2℃。待热台温度稳定后，将液晶盒置于紫外线（UV）灯下固化5min，UV光强为3mw/cm2。固化后取出液晶盒冷却至常温制得液晶显示器件，液晶盒呈现雾态。
经测试，对液晶盒施加20V电压，呈现透明态，撤除电压液晶盒成雾态。雾态与透明态间的转换时间小于2ms。
将此眼镜片形状的液晶盒安装在3D光阀眼镜中。
通过同步信号接收器和控制电路保持眼镜闪烁（雾态与透明态间的转换）与画面更新同步，通过驱动IC向眼镜施加电压，实现光阀眼镜闪烁效果。
Claims (14)
1.一种3D眼镜，包括镜架、镜片、电池、同步信号接收器以及驱动和控制电路，所述镜片包括：上基板；下基板；以及夹在所述上基板和所述下基板之间的聚合物致稳的存在球状相的液晶材料，其特征在于，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料包括百分含量在1～15％范围内的聚合物单体材料，以及百分含量在99～85％范围内的不可聚合的液晶材料，所述聚合物单体材料选自由可聚合液晶单体、无液晶性聚合物单体及其组合组成的组，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料是通过常温下将所述聚合物单体材料与所述不可聚合的液晶材料混合均匀，在聚合物致稳的存在球状相的液晶材料的球状相的温度区间内使所述聚合物单体材料固化而得到的，并且
其中，所述不可聚合的液晶材料包括含有氰取代基和/或氟取代基的、且介电各向异性大于40的液晶单体；
其中，所述不可聚合的液晶材料包括通式I的化合物：
其中，
R1表示碳原子数为1-8的烷基或烷氧基，或碳原子数为2-7的烯基或烯氧基；
R2表示氟基，氰基，或卤素；
M选自0～2的整数；
Z选自由碳碳单键和-CO-O-、-CF2O-、-CH2O-、-CH2CH2-、-CF2CH2-、-CF＝CF-、-CH＝CH-、-CH＝CF-、-C2F4-、-(CH2)4-、-C4F8-、-OCF2CF2O-、-CF2CF2CF2O-、-CH2CH2CF2O-、-OCF2CF2CF2-、-CH2CF2OCH2-、-CH＝CHCF2O-、-CF2OCH＝CH-、-CF2OCF＝CH-、-CF2OCH＝CF-、-CF＝CFCF2O-、-CH＝CFCF2O-、-CF2OCF＝CF-、-CH＝CHCH2CH2-、-C2H4OCH2-、-CH2CH＝CHCH2-、-OCH2CH2CH2-、-CF＝CF-CF＝CF-、-C≡C-CF＝CF-、-C≡C-CF＝CF-C≡C-、-CF＝CF-C≡C-CF＝CF-、-C≡C-CF2O-、-C≡C-组成的组；
环和环相同或不同，各自独立地是选自由 组成的组的环状结构；
其中，
环A1、A2、A3、和A4代表的环状结构还可以符合以下a)、b)、c)和d)中的至少一个：
a)所述环状结构中的一个或多个氢原子可以被-D、-F、-Cl、-CN、-CF3、-OCF3、-CH2F、-OCH2F、-CF2H、-OCF2H、-OCH3或-CH3替代；
b)所述环状结构中一个或多个-CH2-被-O-、-SiH2-、-S-或-CO-替代，其前提是杂原子不直接彼此连接；
c)在所述环状结构中，芳环结构中的一个或多个-CH-可以被N替代；
d)所述环状结构中一个或多个可以被替代。
2.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述聚合物单体材料含有百分含量大于50％(重量)的具有双可聚合官能团和/或多可聚合官能团的聚合物单体。
3.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料还包括手性剂。
4.根据权利要求3所述的3D眼镜，其特征在于，所述手性剂是HTP值大于50的手性剂。
5.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述聚合物致稳的存在球状相的液晶材料还可以包含添加剂，所述添加剂包含光引发剂。
6.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述球状相的温度区间在从所述不可聚合的液晶材料的清亮点温度至蓝相温度之间。
7.根据权利要求6所述的3D眼镜，其特征在于，在所述球状相的温度区间内在偏光显微镜下看不见所述液晶材料的织构。
8.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述固化是UV固化。
9.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述上基板、下基板均为刚性基板；或者所述上基板、下基板均为柔性基板；或者所述上基板、下基板中的一个为刚性基板，另一个为柔性基板。
10.根据权利要求9所述的3D眼镜，其特征在于，所述刚性基板为玻璃基板。
11.根据权利要求9所述的3D眼镜，其特征在于，所述柔性基板为塑料基板。
12.根据权利要求9所述的3D眼镜，其特征在于，所述上基板和/或所述下基板包含透明导电层。
13.根据权利要求12所述的3D眼镜，其特征在于，所述导电层设置在所述上基板、下基板的内表面上。
14.根据权利要求1所述的3D眼镜，其特征在于，所述镜架可以是有框镜架或无框镜架。
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